[发明专利]在后处理系统中处理废气气体的方法和废气后处理系统

说明书

本文描述的系统和方法涉及代替或者除了使用车载储罐(多个车载储罐)和/或给料器(多个给料器)来为废气流的净化提供必要的化学试剂之外，从发动机废气中产生氨。用于在环境条件下从废气后处理系统中的发动机废气中产生氨和/或氢气的系统和方法包括至少一种水煤气变换(WGS)催化剂和位于WGS催化剂下游的至少一种氨合成催化剂(AMS催化剂)。WGS催化剂被配置成使用发动机废气作为输入，来产生由AMS催化剂用作输入来产生氨和/或氢气的氢气。这样产生的氨和/或氢气在下游被氨基和/或氢基选择性催化还原催化剂(SCR)使用。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月15日提交的标题为“AMMONIA GENERATION FROM ENGINEEXHAUST AT AMBIENT CONDITIONS USING WATER-GAS SHIFT AND AMMONIA SYNTHESISCATALYSTS”的第15/677,873号美国专利申请的优先权，该专利申请以其整体通过引用并入本文并用于所有目的。

技术领域

本申请总体上涉及用于内燃发动机的后处理系统(aftertreatment system)的领域。

背景

对于内燃发动机(诸如，柴油发动机)，氮氧化物(NOx)化合物可能在废气中被排放。为了减少NOx排放物，可实施选择性催化还原(SCR)过程，以借助于催化剂和还原剂将NOx化合物转化成更中性的化合物，例如双原子氮、水或二氧化碳。催化剂可以被包括在排气系统的催化剂室(例如车辆或动力生成单元的排气系统的催化剂室)中。还原剂(诸如，无水氨、氨水或尿素)可以在被引入催化剂室之前被引入到废气气体流中。在常规实施方式中，氨由储存在车辆上的还原剂溶液产生。为了将还原剂引入到废气气体流中以用于SCR过程，SCR系统可以通过给料模块(dosing module)(给料器)给料或以其他方式引入还原剂，该给料模块将还原剂汽化或喷射到催化剂室上游的排气系统的排气管中。常规的还原剂给料过程可能遭受后处理系统腐蚀、低温下的溶液凝结(这妨碍了催化剂性能)、需要在清空时必须重新填充的还原剂罐以及通过例如制造复杂且昂贵的喷嘴进行精确的给料控制问题。

氨合成反应通常在高压(50-200个大气压)下使用氮气和氢气来制造氨常规上，用于提供车载氨合成的系统包括H₂/N₂储罐或作为H₂的来源的燃料重整。此外，经常使用高压氨合成回路(类似于工业过程中使用的回路)。常规车载氨合成系统的复杂性需要大量的工作量和空间来执行，并且是阻碍商业应用的最大限制。

水煤气变换(WGS)催化剂使用水和一氧化碳产生氢气和二氧化碳WGS催化剂有许多种类，取决于它们的应用条件。低温变换(LTS)催化剂和高温变换(HTS)催化剂是最常用的种类，通常在180-275℃(LTS)和300-450℃(HTS)的温度下运行。其他种类包括用于190-330℃温度范围的中温变换(MTS)WGS催化剂和与含硫气体一起使用的酸性气体变换催化剂。WGS催化剂也可以在压力低为十分之一个大气压至30个大气压的宽压力范围内运行。

概述

本文描述的实施方式涉及使用水煤气变换催化剂和氨合成催化剂在环境条件下从发动机废气中产生氨的系统和方法。一个实施例涉及在后处理系统中处理废气气体的方法。该方法包括从发动机接收一定量的废气气体。一定量的废气气体包含一定量的水、一定量的氮气和一定量的一氧化碳。一定量的氢气是使用水煤气变换催化剂从所述一定量的水和所述一定量的一氧化碳中产生的。使用通过水煤气变换催化剂从一定量的废气气体中产生的一定量的氢气和来自一定量的废气气体的一定量的氮气作为输入，使用氨合成催化剂来产生一定量的氨。插入导管将通过氨合成催化剂从通过水煤气变换催化剂产生的一定量的氢气和来自一定量的废气气体的一定量的氮气产生的一定量的氨供给到选择性催化还原催化剂。